Лабораторна робота №5
«Дослідження розподілу напружень у зварних з’єднаннях виконаних зварюванням плавленням»
Мета роботи: дослідити вплив форми зварного з’єднання на розподілення напружень у ньому: експериментальне вивчення розподілу напружень у стикових,таврових та напускних зварних з’єднаннях; встановлення найбільш напружених ділянок у таких з’єднаннях; визначення коефіцієнтів концентрації напружень.
Які типові зварні з’єднання використовуються для виготовлення конструкцій НГО;
При виготовленні нафтогазового обладнання різноманітного призначення широко застосовуються зварювальні технології, зокрема дугове зварювання плавленням.
2.Як зварний шов пливає на розподіл силового потоку навантаження у конструкції;
Зміна геометрії деталей та властивостей їх матеріалу в зоні зварювання, власна форма шва призводять до нерівномірного розподілу напружень в такій зоні при навантаженні зварної конструкції
Рис.1. Розподіл напружень у типових зварних з’єднаннях: а) стиковий шов; б) таврові та кутові шви; в) зварне з’єднання у напустку.
3. Що викликає концентрацію напружень у зварному з’єднанні;
Концентрація напружень у зварних швах має місце не тільки при наявності дефектів в них (тріщини, не провари, пори тощо), але при повній їх наявності; власне шов є концентратором напружень.
4. Чим пояснити нерівномірність розподілу напружень у стиковому з’єднанні виконаному з повним проплавленням;
стикові шви являють собою найбільш досконалу форму, з точки зору розподілення в них силового потоку навантаження та мінімізації концентрації напружень, проте вона присутня у перерізі ІІ, тобто на початку підсилення шва, в самому шві та по лінії сплавлення . Таким чином, зменшення висоти підсилення шва, плавне спряження підсилення з поверхнею деталей сприяють зменшенню концентрації напружень.
5. Як розподіляються напруження у стиковому шві з не проваром;
Теоретичне дослідження розподілу напружень у зварних швах та з’єднаннях доволі складне і коректне для простих випадків - обчислення напружень у зварному вузлі строгим шляхом є складною дослідницькою проблемою. Достатнє надійним способом в такому випадку є експериментальні методи – тензометрія певних ділянок зварного з’єднання та шва на масштабованих моделях .
Рис.3. Розрахункове розподілення напружень у стиковому зварному з’єднанні.
6. Які небезпечні зони, щодо руйнування, присутні у таврових (кутових) швах;
Рис.4. Масштабовані макети зварних з’єднань для дослідження розподілення напружень та визначення коефіцієнту концентрації: а)-б) стикове зварне з’єднання з повним проваром кореню шва та наведеним концентратором напружень у вигляді не провару; в)-г) таврове зварне з’єднання та таврове зварне з’єднання з наведеним концентратором напружень; д) напусткове зварне з’єднання: 1-2,1-3 зони кріплення тензодавачів.
7. Які особливості розподілу напружень у швах виконаних у напустку;
Модель навантажується силою розтягу, силовий потік якої нормальний шву за допомогою розривної машини УММ-5. Величини навантаження макету завдається викладачем та контролюється за показами вимірювального пристрою машини. У всіх дослідах навантаження моделі лишається незмінним
8. Які небезпечні зони щодо руйнування присутні у швах виконаних у напустку;
Зони розташування тензорезисторів обираються відповідно поставленої задачі досліджень і для найбільш типового стикового з’єднання, де вивчається розподіл напружень як у самому шві, так й у зоні сплавлення та основному металі, також при наявності не провару кореню відповідають шва рис.5.
Рис.5. Макети зварних стикових з’єднань з зонами розташування тензодавачів: 1 – з повним проваром кореню шва; 2- не провар кореню шва.
9. Чому стикові зварні шви являють найбільш досконалу зварну конструкцію;
Зварні таврові (кутові) з’єднання) характеризуються значно більшою зміною форми і, відповідно,значно більшим спотворенням силового потоку. Тут слід очікувати значну концентрацію напружень: найбільш навантаженою зоною є точка В – корінь шва. При визначенні напружень у напусткових з’єднаннях (рис.1в) слід враховувати деформування як самих деталей, так й власне зварних швів. Деталі під дією зовнішнього навантаження видовжуються та у флангових швах створюються напруження зсуву (точки 1-1 та 2-2 під дією зсуву зміщуються у положення 1’-1’, 2’-2’). Найбільші зсуви спостерігаються у крайніх точках шва А та В, а найменші по середині шва (епюра А-В). Звідси витікає, що дотичні напруження за довжиною флангового шва розподілені нерівномірно.
10. Як визначається коефіцієнт концентрації напружень.
Ступінь концентрації напружень оцінюється коефіцієнтом
де max - максимальне експериментальне визначене напруження; 0 - мінімальне експериментальне визначене напруження F - площа перерізу ; P - дослідне зусилля розтягу;